傳感器特性的線性化

傳感器特性的線性化——傳感器輸出值或與其成比例的量（模擬或數字）的非線性變換，實現測量值和表示它的值之間的線性關係。

借助線性化，可以在連接具有非線性特性的傳感器（例如熱電偶、熱電阻、氣體分析儀、流量計等）的二次設備的刻度上實現線性。傳感器特性的線性化使得通過具有數字輸出的二次設備獲得必要的測量精度成為可能。在將傳感器連接到記錄設備或對測量值執行數學運算（例如積分）時，這在某些情況下是必要的。

就編碼器特性而言，線性化充當逆函數變換。如果將傳感器的特性表示為y = F(a + bx)，其中x為測量值，a和b為常數，則與傳感器串聯的線性化電路(圖1)的特性應為像這樣：z = kF (y)，其中 F 是 F 的反函數。

因此，線性化器的輸出將為 z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x，即測量值的線性函數。

米。 1.廣義線性化框圖：D——傳感器，L——線性化器。

此外，通過縮放，相關性 z 被簡化為 z '= mx 的形式，其中 m 是適當的縮放因子。如果以補償方式進行線性化，即基於如圖 1 所示的伺服系統。 2、那麼線性化函數轉換器的特性應該類似於傳感器的特性z = cF(a + bx)，因為測量值的線性化值取自函數線性化器及其轉換器的輸入輸出與傳感器的輸出值進行比較。

線性化器作為函數轉換器的一個特徵是它們再現的依賴性相對較窄，僅限於單調函數，這由傳感器特性的類型決定。

米。 2、基於跟踪系統的線性化框圖：D—傳感器，U—放大器（transducer），FP—函數轉換器。

線性化電路可根據以下標准進行分類：

1.按功能設置方法分：空間形式為模板、矩陣等，形式為非線性元素組合，形式為數字計算算法，器件。

2.按方案的靈活性程度：通用（即可重構）和專用。

3、按結構圖性質：開式（圖1）和補償式（圖2）。

4、輸入輸出值的形式：模擬、數字、混合（模擬-數字和數字-模擬）。

5.按電路中使用的元件類型分類：機械、機電、磁性、電子等。

空間函數線性化器主要包括凸輪機構、模式和非線性電位器。它們用於每個轉換階段的測量值以機械運動的形式呈現的情況（凸輪 - 用於壓力和變壓器傳感器特性的線性化，模型 - 在記錄器中，非線性電位器 - 在電位和橋式電路中).

電位器特性的非線性是通過在異形框架上纏繞並使用分段線性近似方法通過使用合適的電阻操縱部分來實現的。

在基於使用非線性電位器的電位型機電伺服系統的線性化器中（圖 3），線性化值表現為旋轉角度或機械位移。這些線性化器簡單、用途廣泛，廣泛用於集中控制系統。

米。 3、電位型機電伺服系統用線性化器：D——輸出直流電壓的傳感器，Y——放大器，M——電動機。

參數函數轉換器中使用了單個元件（電子、磁、熱等）特性的非線性。然而，在它們開發的功能依賴性和傳感器的特性之間，通常不可能實現完全匹配。

設置功能的算法方法用於數字功能轉換器。它們的優點是精度高，特性穩定。他們使用各個函數相關性的數學特性或部分線性逼近的原理。例如，拋物線是根據整數平方的性質發展而來的。

例如，數字線性化器基於分段線性逼近方法，其工作原理是用不同重複率的脈衝填充接近的段。根據非線性類型插入到設備中的程序，填充頻率在接近段的邊界點處發生跳躍變化。然後將線性化數量轉換為單一代碼。

非線性的部分線性近似也可以使用數字線性插值器來執行。在這種情況下，插值間隔的填充頻率僅平均保持不變。

基於零件線性逼近方法的數字線性化器的優點是：易於重新配置累積的非線性和從一種非線性切換到另一種非線性的速度，這在高速集中控制系統中尤為重要。

在包含通用計算器、機器的複雜控制系統中，可以直接從這些機器執行線性化，其中功能以相應子程序的形式嵌入。